CN110618310A - 一种小型电压电流隔离监测模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型电压电流隔离监测模块,电压监测时,单片机子模块采集隔离运放芯片输出的电压值,同时采集温度,并根据温度和隔离运放芯片的增益随温度变化数据得到当前隔离运放增益值,根据增益值和采集到的隔离运放输出电压值计算隔离运放输入电压值,之后根据分压电阻分压比例计算输入监测电压Vin+电压值;电流监测时,单片机子模块采集电压跟随器输出的电压值,并根据该电压值和电流传感IC的电流‑电压计算公式得到输入电流量。本发明同时支持电压电流温度监测、报警条件设定、采集数据输出和可编程IO功能,具有电气隔离、占用面积小和功能丰富、通用性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于电路设计技术领域,涉及一种小型电压电流隔离监测模块。
背景技术
电压电流监测是判断电路工作稳定性的重要手段,现有的隔离电压电流监测模块多体积较大、不便使用,而小型电压电流监测模块又多采用非隔离方式实现,其带来了干扰和电磁兼容性问题。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是:针对现有电压电流监测模块存在的诸多问题,提供一种小型电压电流隔离监测模块。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供一种小型电压电流隔离监测模块,包括电压采集子模块、电流采集子模块和单片机子模块;
所述电压采集子模块由高精度分压电阻和隔离运放构成;
所述电流采集子模块由电流传感IC、运放和相关***电路构成,其中运放搭建电压跟随器,用于增强电流传感IC输出电压的驱动能力;
所述单片机子模块由支持温度采集、两路ADC、一路UART的单片机和相关***电路构成。
所述小型电压电流隔离监测模块对外引出如下管脚:
隔离电压监测5V供电引脚:VDD1
隔离电压监测5V供电地引脚:GND1
隔离电压监测电压输入引脚:Vin+
隔离电流监测电流输入引脚:Iin+
隔离电流监测电流输出引脚:Iin-
3.3V供电引脚:VDD2
3.3V供电地引脚:GND2
UART发送引脚:TX
UART接收引脚:RX
监测报警引脚:ALARM
可编程IO引脚:IO
所述小型电压电流隔离监测模块连接关系如下:
VDD1和GND1连接电压采集子模块,为其中的隔离运放输入端供电;
Vin+连接电压采集子模块,其通过高精度分压电阻分压后连接隔离运放输入端;
Iin+和Iin-连接电流采集子模块,其分别接电流传感IC的电流输入和输出端;
VDD2和GND2连接电压采集子模块、电流采集子模块和单片机子模块,其为电压采集子模块的输出端和电流采集子模块、单片机子模块供电;VDD2、GND2与VDD1、GND1完全隔离。
TX、RX、ALARM和IO连接单片机子模块,其中TX和RX分别连接单片机对应UART功能的发送和接收引脚;
电流传感IC电压输出引脚连接由运放搭建的电压跟随器的输入端,电压跟随器的输出端连接单片机的一路ADC输入引脚。
电压采集子模块输出电压连接单片机的另一路ADC输入引脚;
基于以上构成、引脚和连接关系,该小型电压电流隔离监测模块实现如下功能:
电压监测:单片机采集隔离运放输出的电压值,同时采集温度,并根据温度和隔离运放芯片的增益随温度变化数据得到当前隔离运放增益值,根据增益值和采集到的隔离运放输出电压值计算隔离运放输入电压值,之后根据电阻分压比例计算输入监测电压Vin+电压值;
电流监测:单片机采集电压跟随器输出的电压值,并根据该电压值和电流传感IC的电流-电压计算公式得到输入电流量;
报警:单片机在进行电压、电流和温度监测的同时根据UART通讯接口传入的报警条件设定信息进行实时判断,当满足报警条件时通过ALARM引脚输出高电平或低电平,ALARM报警信号有效状态为高电平还是低电平同样可通过UART通讯接口进行设定,在默认条件下非报警状态为低电平,报警状态为高电平。
报警条件设定:可通过UART通讯接口设定报警条件,具体包括:
报警条件1:当小于某一电压时;
报警条件2:当大于某一电压时;
报警条件3:当小于某一电流时;
报警条件4:当大于某一电流时;
报警条件5:当小于某一温度时;
报警条件6:当大于某一温度时;
报警条件7:报警条件1~6的任意与、或、非组合;
采集数据输出:可通过UART通讯接口输出采集到的电压、电流和温度数据。
可编程IO:可通过UART通讯接口实时改变IO引脚的高、低电平状态。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的小型电压电流隔离监测模块,同时支持电压电流温度监测、报警条件设定、采集数据输出和可编程IO功能,具有电气隔离、占用面积小和功能丰富、通用性强等优点。
附图说明
图1是本发明一种小型电压电流隔离监测模块的各子模块连接示意图。
图2是本发明一种小型电压电流隔离监测模块的电压采集子模块内部连接示意图。
图3是本发明一种小型电压电流隔离监测模块的电流采集子模块内部连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参照图1、图2和图3,本发明一种小型电压电流隔离监测模的具体实施例如下:
一种小型电压电流隔离监测模块,由电压采集子模块、电流采集子模块和单片机子模块构成,其中:
所述电压采集子模块由高精度分压电阻和隔离运放构成,隔离运放选用Toshiba的TLP7820芯片;
所述电流采集子模块由电流传感IC、运放和相关***电路构成,其中运放搭建电压跟随器,用于增强电流传感IC输出电压的驱动能力,电流传感IC选用Allegro的ACS系列芯片;
所述单片机子模块由支持温度采集、两路ADC、一路UART的PIC系列单片机和相关***电路构成。
所述小型电压电流隔离监测模块对外引出管脚如图1所示。
所述小型电压电流隔离监测模块连接关系如下:
VDD1和GND1连接电压采集子模块,为TLP7820的VDD1和GND1引脚供电;
Vin+连接电压采集子模块,其通过高精度分压电阻分压后连接TLP7820的Vin+引脚,TLP7820的Vin-引脚通过电阻接地;
Iin+和Iin-连接电流采集子模块,其分别接电流传感IC的电流输入IP+和输出端IP-;
VDD2和GND2连接电压采集子模块、电流采集子模块和单片机子模块,其为电压采集子模块的输出端和电流采集子模块、单片机子模块供电;VDD2、GND2与VDD1、GND1完全隔离。
TX、RX、ALARM和IO连接单片机子模块,其中TX和RX分别连接PIC单片机对应UART功能的发送和接收引脚;
电流传感IC电压输出引脚VIOUT连接由运放搭建的电压跟随器的输入端,电压跟随器的输出端连接单片机的一路ADC输入引脚。
电压采集子模块输出电压连接单片机的另一路ADC输入引脚;
基于以上构成、引脚和连接关系,该小型电压电流隔离监测模块实现如下功能:
电压监测:单片机采集隔离运放TLP7820输出的电压值,同时采集温度,并根据温度和TLP7820的增益随温度变化数据得到当前TLP7820芯片的增益值,根据增益值和采集到的TLP7820输出电压值计算TLP7820输入电压值,之后根据电阻分压比例计算模块Vin+引脚电压值;
电流监测:单片机采集电压跟随器输出的电压值,并根据该电压值和电流传感IC的电流-电压计算公式得到输入电流量;
报警:单片机在进行电压、电流和温度监测的同时根据UART通讯接口传入的报警条件设定信息进行实时判断,当满足报警条件时通过ALARM引脚输出高电平或低电平,ALARM报警信号有效状态为高电平还是低电平同样可通过UART通讯接口进行设定,在默认条件下非报警状态为低电平,报警状态为高电平。
报警条件设定:可通过UART通讯接口设定报警条件,具体包括:
报警条件1:当小于某一电压时;
报警条件2:当大于某一电压时;
报警条件3:当小于某一电流时;
报警条件4:当大于某一电流时;
报警条件5:当小于某一温度时;
报警条件6:当大于某一温度时;
报警条件7:报警条件1~6的任意与、或、非组合;
采集数据输出:可通过UART通讯接口输出采集到的电压、电流和温度数据。
可编程IO:可通过UART通讯接口实时改变IO引脚的高、低电平状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种小型电压电流隔离监测模块,其特征在于,包括:电压采集子模块、电流采集子模块和单片机子模块;所述电压采集子模块包括分压电阻和隔离运放芯片;所述电流采集子模块包括电流传感IC、运放单元和***电路,其中运放单元搭建电压跟随器;电压监测时,单片机子模块采集隔离运放芯片输出的电压值,同时采集温度,并根据温度和隔离运放芯片的增益随温度变化数据得到当前隔离运放增益值,根据增益值和采集到的隔离运放输出电压值计算隔离运放输入电压值,之后根据分压电阻分压比例计算输入监测电压Vin+电压值;电流监测时,单片机子模块采集电压跟随器输出的电压值,并根据该电压值和电流传感IC的电流-电压计算公式得到输入电流量。
2.如权利要求1所述的小型电压电流隔离监测模块,其特征在于,所述监测模块对外引出如下管脚:
隔离运放芯片上的引脚有:隔离电压监测5V供电引脚:VDD1;隔离电压监测5V供电地引脚:GND1;隔离电压监测电压输入引脚:Vin+;3.3V供电引脚:VDD2;3.3V供电地引脚:GND2;
电流传感IC上的引脚有:隔离电流监测电流输入引脚:Iin+;隔离电流监测电流输出引脚:Iin-;
单片机子模块上的引脚有:UART发送引脚:TX;UART接收引脚:RX;监测报警引脚:ALARM;可编程IO引脚:IO。
3.如权利要求2所述的小型电压电流隔离监测模块,其特征在于,所述VDD1和GND1连接电压采集子模块,为其中的隔离运放输入端供电;Vin+连接电压采集子模块,其通过高精度分压电阻分压后连接隔离运放输入端;Iin+和Iin-连接电流采集子模块,其分别接电流传感IC的电流输入和输出端;VDD2和GND2连接电压采集子模块、电流采集子模块和单片机子模块,其为电压采集子模块的输出端和电流采集子模块、单片机子模块供电;VDD2、GND2与VDD1、GND1完全隔离。
4.如权利要求3所述的小型电压电流隔离监测模块,其特征在于,所述电流传感IC电压输出引脚连接由运放单元搭建的电压跟随器的输入端,电压跟随器的输出端连接单片机子模块上设置的一路ADC输入引脚;电压采集子模块输出电压连接单片机子模块上设置的另一路ADC输入引脚。
5.如权利要求4所述的小型电压电流隔离监测模块,其特征在于,所述监测模块还具有报警功能,报警时,单片机子模块在进行电压、电流和温度监测的同时根据单片机子模块上设置的UART通讯接口传入的报警条件设定信息进行实时判断,当满足报警条件时通过ALARM引脚输出高电平或低电平,ALARM报警信号有效状态为高电平还是低电平通过UART通讯接口进行设定,在默认条件下非报警状态为低电平,报警状态为高电平。
6.如权利要求5所述的小型电压电流隔离监测模块,其特征在于,所述监测模块还具有采集数据输出功能,通过UART通讯接口输出采集到的电压、电流和温度数据。
7.如权利要求6所述的小型电压电流隔离监测模块,其特征在于,所述监测模块还具有可编程IO功能,通过UART通讯接口实时改变IO引脚的高、低电平状态。
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